Địa chất công trình Chi tiết thí nghiệm nén trong hố khoan

Trang 265

CHƯƠNG vi
6.3. Thí nghiệm nén ngang trong lỗ khoan (PMT).

Thí nghiệm PMT (Pressure Meter Test) bắt đầu chính thức ra đời qua luận
văn Thạc Sỹ của Louis Menard (1957). Với các luận chứng đầy đủ cho phơng pháp
nghiên cứu tính biến dạng của đất đá trong lỗ khoan.
PMT là thí nghiệm hiện trờng có nhiều đời khác nhau. Có loại kiểm soát áp
lực, có loại kiểm soát thể tích, có loại kiểm soát cả áp lực và kiểm soát thể tích.v.v...
6.3.1. Nguyên lý thí nghiệm:
Thực hiện thí nghiệm bằng cách đa vào trong lỗ khoan tạo trớc hoặc dùng
cơ chế vừa ấn vừa khoan, một ống thăm (Buồng) hình trụ (Hình VI-11) giãn nở
đợc. Khi bơm nớc hoặc khí vào ống thăm thì vỏ các lá thép xếp vòng quanh ống
thăm (PMT) giản nở ra và làm cho đất xung quanh lỗ khoan bị nén ngang, tiến hành
đo áp lực P tác dụng lên đất xung quanh ống thăm đồng thời đo đợc thể tích của
nớc hoặc khí bơm vào, từ đó ta biết đợc biến dạng của đất ở vị trí thí nghiệm.
6.3.2. Các thành phần của thiết bị:
Thiết bị thí nghiệm PMT có nhiều loại khác nhau, sau đây chỉ giới thiệu tóm
tắt các thành phần của thiết bị TEXAM: Thiết bị này bao gồm thiết bị khoan lỗ, thiết
bị gọt tỉa lỗ khoan, hộp điều khiển (VI-12) bao gồm pitông, đồng hồ, tay quay và
buồng PMT (Hình VI-11).

Hình VI-11: Buồng PMT
(đang giãn nở)
6.3.3. Chuẩn bị thiết bị.
6.3.3.1. Làm bão hoà hộp điều khiển:

Hình VI-12: TEXAM

CHƯƠNG vi

Trang 266

đợc. Khi bơm nớc hoặc khí vào ống thăm thì vỏ các lá thép xếp vòng quanh ống
thăm (PMT) giản nở ra và làm cho đất xung quanh lỗ khoan bị nén ngang, tiến hành
đo áp lực P tác dụng lên đất xung quanh ống thăm đồng thời đo đợc thể tích của
nớc hoặc khí bơm vào, từ đó ta biết đợc biến dạng của đất ở vị trí thí nghiệm.
6.3.2. Các thành phần của thiết bị:
Thiết bị thí nghiệm PMT có nhiều loại khác nhau, sau đây chỉ giới thiệu tóm
tắt các thành phần của thiết bị TEXAM: Thiết bị này bao gồm thiết bị khoan lỗ, thiết
bị gọt tỉa lỗ khoan, hộp điều khiển (VI-12) bao gồm pitông, đồng hồ, tay quay và
buồng PMT (Hình VI-11).

Hình VI-11: Buồng PMT
Hình VI-12: TEXAM
(đang giãn nở)
6.3.3. Chuẩn bị thiết bị.
6.3.3.1. Làm bão hoà hộp điều khiển:
Để biết đợc lợng dung dịch bơm vào, thì hộp điều khiển cần phải đợc bão
hoà hoàn toàn, quá trình bão hoà thực hiện theo các bớc sau:
1) - Chỉnh đồng hồ số 6 và số 7 về 0.
2) - Dây ngắn (màu trắng): một đầu cắm vào cổng 4 và 5, đầu kia cắm vào bình
nớc (bình ngoài).
3) - Chỉnh van 8 về Fill van 9 về Test.
4) - Đẩy pittông (quay tay quay nhỏ để ép khí ra ngoài), đến khi đồng hồ chỉ
1732cm3.
5) - Kéo pittông (hút) ở chế độ 45 vòng/phút đến khi đồng hồ về 0cm3 để hút
nớc từ bình nớc vào.
6) - Nghiêng hộp điều khiển khoảng 150. Đẩy pittông để đẩy những bong bóng

khí ra ngoài, đến khi đồng hồ chỉ 192cm3.
7) - Để hộp điều khiển thẳng lại, lập lại bớc (5) để hút nớc. Sau đó đợi 30
giây.


CHƯƠNG vi

Trang 267

6.3.3.2. Làm bão hoà đồng hồ đo áp lực: Các bớc thực hiện nh sau:
1) - Dây đen cắm vào cổng 1.
2) - Chỉnh van 8 về chạy với đồng hồ 6. Đẩy pittông đến khi đồng hồ chỉ
96cm3, đảm bảo để không thấy bong bóng ra khỏi đầu dây đen.
3) - Tháo dây đen.
4) - Chỉnh van 9 về đồng hồ 6. Đẩy pittông đến khi đồng hồ chỉ 192cm3.
5) Chỉnh van 8 và 9 về đồng hồ 7. Đẩy pittông đến khi đồng hồ chỉ
288cm3.
6) - Chỉnh van 8 về chạy với đồng hồ 3, van 9 về chạy. Cắm dây đen
vào cổng 3. Đẩy pittông đến khi đồng hồ chỉ 380cm3.
7) - Chỉnh van 8 về Fill. Kéo (hút) pittông quay lại 0cm3, chờ 1 phút.
8) - Lập lại bớc (6) và (7) ở phần 6.3.3.1. để ép bong bóng khí ra.
6.3.3.3. Làm bão hoà buồng PMT.
Quá trình bão hoà buồng PMT đợc thực hiện theo các bớc sau đây:
1) - Nối buồng PMT với ống (cáp) dẫn nớc, đặt buồng hơi nghiêng đứng. Nối
dây Telecan với cổng 1.
2) - Chỉnh van 8 về chạy với đồng hồ 6, van 9 về chạy. Đẩy pittông ép nớc
vào buồng PMT đến khi chỉ có nớc (không bọt) đi vào buồng.
3) - Tháo dây Telecan khỏi cổng 1.
4) - Van 8 ở Fill. Kéo pittông để hút nớc vào cho tới khi đồng hồ chỉ về
0cm3. Chờ một phút.

5) - Kiểm tra chế độ bão hoà.
6) - Tháo dây trắng ra khỏi cổng 4 và 5.
6.3.3.4. Kiểm tra độ bão hoà.
Sự bão hoà của hộp điều khiển và buồng PMT đợc kiểm tra nh sau :
1) - Chỉnh van 8 về chạy với đồng hồ 6 van 9 về chạy.
2) - Quay tay quay lớn đến áp lực 2500Kpa. Đồng hồ thể tích chỉ 18cm3 thì
bão hoà là tốt.
3) - Chuyển van 8 về đồng hồ 7. Quay tiếp lên 10.000 Kpa. Sau 2 phút, áp lực
trên đồng hồ 7 vẫn phải lớn hơn 9500Kpa.
4) - Giảm áp lực về 2500Kpa.
5) - Chỉnh lại van 8 về chạy với đồng hồ 6.
6) - Giảm áp lực về không.
6.3.4. Chuẩn hoá thiết bị (loại buồng 70mm)
Đặt buồng PMT thẳng đứng trong không khí, mục đích để đo áp lực cần thiết
kháng lại độ cứng của bản thân buồng PMT. Sau đó thao tác tiếp theo các bớc sau:
1) - Van 8 ở chạy với đồng hồ 6, van 9 ở chạy.


Trang 268

CHƯƠNG vi

2) - Bơm 1200cm3 với tốc độ 1 vòng/2 giây. Chờ 30 giây, sau đó ghi lại áp lực
mỗi khi thể tích tăng 60cm3
3) - Giảm áp lực về không và vẽ đờng cong D theo hình (VI-13).
C

A

áp lực

áp lực

D

D

F

G

E

H

Thể tích

Hình VI-13: Đờng hiệu chỉnh áp lực

K

Thể tích

Hình VI-14: Đờng hiệu chỉnh thể tích

6.3.5. Hiểu chỉnh thể tích (loại buồng 70mm).
Đặt buồng PMT trong một ống thép dày (đờng kính ống thép hơi lớn hơn
đờng kính buồng). Mục đích để đo sự mất mát thể tích do sự giãn nở của hộp điều
khiển, dây dẫn nớc và buồng PMT.
(1) - Van 8 ở chạy với đồng hồ 6, van 9 ở chạy. Đọc số đọc đồng hồ thể tích

khi áp lực là 0 Kpa.
(2)- Bơm đến 500 Kpa. Chờ 30 giây rồi ghi lại thể tích mỗi khi áp lực tăng
50Kpa. Lắp tay quay lớn. Bơm tiếp đến 2500Kpa, chờ 30 giây rồi ghi lại thể tích
mỗi khi áp lực tăng 50 Kpa.
(3) - Giảm áp lực về không. vẽ đờng cong A ở hình (VI-14).
(4) - Chuyển đờng A về đờng C.
6.3.6. Tiến hành thí nghiệm (loại buồng 70mm).
(1) - Khoan hố, cắt tỉa hố và hạ buồng PMT xuống hố. Việc khoan hố và cắt tỉa
hố phải làm rất cẩn thận, vì chất lợng vách hố khoan ảnh hởng rất lớn đến độ tin
cậy của kết quả thí nghiệm. Khi tạo lỗ đã phát hiện các lớp đất trong nền và phân bố
cho mỗi lớp đất một số thí nghiệm, các điểm thí nghiệm phải cách nhau khoảng
80cm (do buồng PMT thờng có chiều dài khoảng 60ữ80cm).
(2) - Van 8 ở chạy với đồng hồ 6, van 9 ở chạy.
(3) - Đối với kiểm soát thể tích thì bơm 1200cm3, mỗi cấp 60cm3, tốc độ quay
12 vòng/phút. Chờ 30 giây ghi lại áp lực.
- Đối với kiểm soát áp lực trớc hết phải ớc đoán áp lực giới hạn PL.
Bơm 10 cấp, mỗi cấp 0,1PL, ghi lại thể tích để duy trì cấp áp lực đó tại thời điểm
30 giây và 60 giây.
(4) - Nếu có dỡ tải, ta giảm áp từ từ và ghi lại số liệu nh bớc (3).
6.3.7. Chuẩn hoá số đọc:
(1) - Cộng áp lực ghi đợc ở 6.3.6 với chiều cao cột nớc áp (từ bình nớc đến
mặt đất).


Trang 269

CHƯƠNG vi

(2) - Vẽ đờng cong E nh hình (VI-15a)
(3) - Thể tích hiệu chỉnh bằng thể tích đo đợc ở phần 6.3.6 trừ đi thể tích ở

đờng cong C (tính ở 6.3.6). Vẽ lại đợc đờng cong F (hìnhVI-15.a).
(4) - áp lực hiệu chỉnh bằng áp lực tính ở bớc 1) trừ đi áp lực đờng cong D
(6.3.4) vẽ lại đợc đờng cong G (hình VI-15.b)
5) - P0M gọi là áp lực đầu tại điểm bắt đầu đoạn tuyến tính.
6) - Pf là áp lực từ biến, tại điểm kết thúc đoạn tuyến tính .
7) - PL là áp lực tới hạn, tơng ứng với thể tích VL mà VL - V0 = V0+ Vc (= L
trên hình VI-15.b).
V0 - là thể tích đầu xác định ở bớc (5)
Vc - thể tích của buồng PMT ở trạng thái tự nhiên .
F

C
Pl

G

áp lực

E

áp lực

F

Pf

D

P0
Vc

Thể tích

0

Vo

L

Vf

VL

Thể tích

L

b)

a)

Hình VI-15: Hiệu chỉnh đờng quan hệ áp lực - thể tích
6.3.8. Tơng quan giữa các chỉ tiêu cơ lý của đất và kết quả PMT.
6.3.8.1. Dự báo môđun biến dạng của đất dựa vào kết quả PMT.
Từ đoạn tuyến tính trên đờng cong PMT ta có:
V0 + V f

E PMT 2,66Vc +
2

P0 Pf

V0 V f

( VI-25)

Trong phơng trình trên, với đất rời EPMT đợc coi là môđun biến dạng thoát
nớc; còn đối với đất sét EPMT đợc coi là môđun đàn hồi không thoát nớc.
6.3.8.2. Dự báo hệ số quá cố kết và hệ số nén ngang tĩnh dựa trên kết quả PMT.
Ban đầu, nhiều nhà khoa học nghiên cứu cho rằng Pf tơng đơng với áp lực tiền
cố kết p c' do đó, hệ số quá cố kết của đất sét là:
ORC =

Pf

(VI-26)

v' 0

Tuy nhiên từ thí nghiệm PMT tự khoan, ngời ta cho rằng công thức nên dùng
(Kullawy và Mayrc, 1990) là:
ORC = 0,45

Pf

v' 0

Hệ số nén ngang tĩnh của đất sẽ đợc xác định là:

(VI-26)


Trang 270

CHƯƠNG vi
K0 =

P0 U 0

v' 0

(VI-27)

Trong đó: -P0 (hay PoM) áp lực ngang địa tĩnh;
- (P0 - U0) áp lực ngang hiệu quả;
- U0 áp lực nớc lỗ rỗng;
-

vo' áp lực đứng hiệu quả.

6.3.9. Đánh giá, nhận xét và thí nghiệm PMT.
Về mặt lý thuyết, thí nghiệm PMT tiến bộ hơn các thí nghiệm khác là nó cho
kết quả là quan hệ đờng cong áp lực - chuyển vị của đất. Từ kết quả này có thể
ớc tính môđun biến dạng của đất, dự báo đợc độ lún của móng và dự báo sức chịu
tải theo phơng ngang.
PMT là thí nghiệm hết sức phức tạp, công tác chuẩn bị hết sức cầu kỳ do đó
thí nghiệm này không phổ biến lắm ở nhiều nớc. Cũng nên lu ý rằng, các quan hệ
thực nghiệm thờng dựa trên đất tơng đối đồng nhất (cát hoặc sét). Do đó cần cẩn
thận khi sử dụng PMT để ớc tính các chỉ tiêu cho những đất pha tạp (cát pha, sét

pha).